山桃中PdaSWEET7启动子区自然变异导致耐寒性

《Horticulture Advances》：The natural variation in the promoter region of PdaSWEET7 results in cold tolerance in Prunus davidiana

　　

气候变化加剧了桃（Prunus persica）果园冻害发生，尤其在冬季休眠期，对可持续生产构成威胁。山桃（Prunus davidiana）作为桃的近缘野生种，具有强耐寒性，是育种珍贵种质，但其优越冷适应的机制大多未知。研究人员通过对7份桃及野生近缘种材料的比较转录组分析并结合遗传转化，鉴定出SUGARS WILL EVENTUALLY BE EXPORTED TRANSPORTER 7（SWEET7）为山桃冷耐受性的关键调控因子。PdaSWEET7在山桃中受冷胁迫特异诱导，通过促进胞外葡萄糖向韧皮部细胞转运、增强细胞渗透调节而提高耐冷性。此外，PdaSWEET7启动子区独有的自然变异不仅增强自身启动子活性，还在正常与冷胁迫条件下分别与basic leucine zipper 9（bZIP9）及myelocytomatosis（MYC）转录因子MYC2.1互作。该研究揭示了山桃中此前未知的SWEET7介导的冷硬实机制，为耐冷桃品种分子育种提供遗传洞察。

研究背景与立项依据

气候变化使桃园冬季休眠期冻害频发，桃（Prunus persica）作为重要落叶果树面临严重生产损失，而桃及其野生近缘种间冷耐受性差异显著。山桃（Prunus davidiana）具强冷适应力且抗逆抗病性强，是培育耐冷桃品种的关键野生种质，但介导其优越冷适应的遗传与调控机制长期不明。已有研究多聚焦表型差异，对启动子自然变异如何通过转录因子互作调控糖转运基因以贡献木本果树冷适应的认识存在空白。研究人员以山桃为对象，旨在解析其冷耐受性的分子基础并为分子育种提供靶点。

主要技术方法概览

研究人员依托中国国家桃种质资源圃（郑州）获取7份桃及野生近缘种一年生枝条样本队列，于–24°C进行0、40 min、2 h、12 h时序冷处理并采集韧皮部用于RNA-seq；结合拟南芥（Arabidopsis thaliana）过表达、山桃愈伤过表达、烟草（Nicotiana benthamiana）瞬时表达、病毒诱导基因沉默（VIGS）进行功能验证；利用相对电导率（REC）推算半致死温度（LT₅₀）、差热分析（DTA）测低温放热（LTE）、可溶性糖/淀粉定量评估生理指标；通过酵母单杂交（Y1H）、双荧光素酶报告（Dual-LUC）解析PdaSWEET7启动子与bZIP9/MYC2.1互作；启动子片段缺失与14-bp INDEL（插入缺失）自然变异经Sanger重测序及荧光素酶载体比对确认。

研究结果

不同桃及野生近缘种冷耐受机制差异

研究人员测定7份材料REC并拟合LT₅₀，发现山桃‘Honghua Shan Tao’（HST）与蒙古桃‘Meng Gu 1’（MG-1）耐冷最强；RNA-seq显示高耐冷材料在冷处理早期（S1）即富集冷响应基因，且唯独HST与MG-1特异富集淀粉与蔗糖代谢通路，提示强耐冷关联快速转录响应与糖代谢重编程。

PdaSWEET7在山桃中受冷特异诱导

比较各材料冷诱导上调基因，HST特有487个上调基因中含双向糖转运家族成员，命名为PdaSWEET7；RT–qPCR确认其在HST韧皮部冷处理下特异高诱导，系统发育分析显示其与MG-1等耐冷李属（Prunus）SWEET7聚类相近，器官表达以韧皮部最高。

PdaSWEET7增强植物冷耐受性

拟南芥过表达PdaSWEET7后–8°C处理REC降低、存活率升高；山桃‘ZaoJiubao’愈伤过表达后–20°C下LTE降低、可溶性糖含量上升、恢复生长能力增强；VIGS沉默HST枝条PdaSWEET7则REC显著升高。功能证据链表明该基因正向调控冷耐受。

PdaSWEET7定位于细胞膜并促进胞外糖内流

亚细胞定位证实PdaSWEET7为膜蛋白；休眠枝淀粉主要存于木质部而非韧皮部，但HST枝条可溶性糖高于栽培桃；冷胁下β-淀粉酶（BAM）基因在耐冷材料中上调更显著。研究人员推断韧皮部细胞冷适应依赖胞外糖经膜定位SWEET7回吸收，而非单纯淀粉储量差异。

14-bp INDEL驱动冷下启动子高活性

启动子Sanger与1020份重测序比对发现HST特有杂合14-bp INDEL；荧光素酶报告显示常温无差异，4°C处理2 h后HST源Pd1片段活性显著高于栽培桃ZYP9源Pp，缺失分段定位关键元件在ATG上游400–830 bp并覆盖该INDEL，证明此自然变异是冷特异高表达主因。

bZIP9与MYC2.1分级调控SWEET7表达

Y1H筛库获bZIP9与MYC2.1可结合含INDEL的40 bp启动子片段（Pm1），双荧光素酶显示常温bZIP9抑制PdaSWEET7转录，MYC2.1常温不结合、冷处理2 h后激活表达，揭示常态抑制—冷态激活的转换机制。

讨论部分总结

研究人员指出可溶性糖积累为保守耐冻机制，木本休眠期韧皮部糖或源自木质部淀粉降解后经SWEET7重分配；PdaSWEET7启动子自然变异使MYC2.1冷下激活、胞外葡萄糖内流叠加BAM水解共同抬升胞内渗透势与降低冰点。讨论强调该模块非桃属耐冷唯一决定因子（如MG-1冷下SWEET7反被抑制），且bZIP9与MYC2.1是否竞争/顺序结合、是否受干旱等其他胁迫共享尚未明晰。山桃相较蒙古桃具嫁接亲和与已有杂交后代优势，比P. mongolica更适合作耐冷育种供体。文中还提出休眠枝冷响应不依赖ICE1-CBF显著诱导，暗示木本休眠冷信号有别于草本ICE-CBF-COR（INDUCER OF CBF EXPRESSION 1–C-REPEAT BINDING FACTOR–COLD REGULATED）主流通路。

结论部分翻译

本研究证明山桃中PdaSWEET7基因特异表达增强冷耐受性：其启动子自然变异使转录因子MYC2.1在低温下激活该基因；PdaSWEET7编码的膜定位蛋白促进胞外葡萄糖向细胞内转运，提升胞内渗透势并降低细胞冰点，从而赋予更优耐冷性。研究揭示了启动子变异介导的PdaSWEET7冷适应调控机制，并为耐冷桃品种育种提供了宝贵遗传资源。

（本解读全文依所传文档浓缩，未引入原文外推测，专业术语首现加注英文缩写，上标下标以标示，作者名保留原文拼写，发表于《Horticulture Advances》。）